Mire jó a kvantuminternet?

Nemsokára megkapjuk a sokkal gyorsabb le- és feltöltési sebességet az 5G-nek köszönhetően, majd jön az egyelőre misztikus távolba vesző, de a hipotézisek szerint a hagyományos eszközöket akár nélkülözhetővé tévő 6G és még elképzelésünk sincs róla, milyen lehetőségeket nyit meg előttünk a 7 vagy 8G, ha egyáltalán megérjük. Egy kicsit hasonló a helyzet a kvantuminternettel is, az alapvető technológiai hozzávalók és a tudás már megvannak hozzá, de a valóságban valószínűleg még sokat kell rá várnunk, és azt sem tudjuk, pontosan hogyan fog működni. Az alapvető probléma a már létező kvantumszámítógépekkel, azt leszámítva, hogy nagyok, drágák, csak borzasztó hidegben működőképesek, bizonytalan az eredményességük, és még sokáig nem lehet online megrendelni őket otthonra, szóval az alapvető probléma, hogy a ma használt gépekhez hasonlóan össze kéne hangolni/kapcsolni a működésüket annak érdekében, hogy a tradicionális internet lehetőségei, az információmegosztás, lehetségessé váljon rajtuk keresztül.

A kvantumhálózaton való kommunikáció minden hacker rémálma lesz, ígérik a tudósok, a kvantumrészecskék alapvető jellemzőinek hála.

A kvantumrészecskék ugyanis egyszerre több állapotban létezhetnek, így, ha a két beszélgető fél megkapja az úgynevezett kvantumkulcs megosztásra (quantum key distribution, QKD) alapozott digitális kulcspár titkosítását, majd egy harmadik személy gyanús szándékoktól hajtva megpróbál belehallgatni a diskurzusba, azonnal megváltoztatja a kvantumkulcsok állapotát, és ezzel leleplezi saját magát. De van egy aprócska gond, ugyanaz, amely megölheti Shrödinger macskáját is. Amíg a kvantumrészecskéket magukra hagyjuk, akármilyen állapotot felvehetnek. Azonban amint megpróbálunk méréseket végezni rajtuk, maga a megfigyelés valamely állapot irányába löki őket (mint amikor kinyitjuk a dobozt és a macska vagy élő, vagy halott, mindkettő nem lehet egyszerre). A QKD működése a kvantum-titkosított kulcsok állapotának mérésen alapszik, és, mivel a mérést befolyásolja a küldő és vevő készülékeinek helyzete, ehhez pontosan ismerni kell a fizikai állapotukat. De már egészen kis mértékű fluktuáció is elronthatja és megbízhatatlanná teheti az eredményeket.

Itt lép be a képbe a kvantum-összefonódás

A kvantum-összefonódás jelensége mentheti meg a napot a kvantumhálózatok számára. Az összefonódás, melyet Einstein kísérteties távolhatásnak (spooky action at a distance) nevezett azt a különös jelenséget jelenti, mely az egymástól nagy távolságokra lévő, de összetartozó kvantumrészek között áll fenn. Ezek az elemek ugyanúgy viselkednek, anélkül, hogy konkrét fizikális kapcsolat lenne közöttük.

A részecskék spinje vagy momentuma összefonódott állapotban van, így az egyikkel végzett művelet kihatással van a másikra is,

viszont ha az egyik állapotát megmérjük, a másik is beáll az úgynevezett sajátállapotba (amely nem feltétlenül jelent szuperpozíciót) és ezzel meg is szűnik a köztük lévő távoli kapcsolat, azaz összefonódás. Ha a hálózat csomópontjait összefonódott állapotba hozzuk, kiiktathatjuk az egyenletből magát a számítógépet, és nem kell bajlódni a részecskék mérésének lehetetlen feladatával.

Valóság vagy hipotézis?

A kvantum-összefonódás jelenségét már korábban is sikerült létrehozni, illetve bizonyítani. 2015-ben került sor az áttörésre, mikor a Delft Egyetem kutatói egymástól 1.3 kilométer távolságban lévő állomásokon mérték a részecskék helyzetét, sikeresen bizonyítva, hogy a készülékfüggetlen kulcsmegosztás nem csak elméleti síkon létezhet a jövőben. A mostani kísérletet a kínai Tudományos és Technológiai Egyetemen végezte el Pan Jian-Wei és csapata. Egy ötven kilométer hosszú optikai kábelt használtak a teszthez, melyet a labor egymástól pár méterre lévő gépeihez csatlakoztattak. Mindkét állomás rubídium atomok felhőjét tartalmazta, melyeket lézerrel kezeltek.

Az így létrehozott foton polarizációja a felhő egészével összefonódott állapotba került.

Ezután elküldték a fotonokat az optikai kábelen keresztül egy harmadik állomásra, mely tizenegy kilométer távolságban volt (elméletileg, gyakorlatban mindez a feltekercselt kábeleken keresztül zajlott), ahol megmérték a polarizációjukat. A tesztet megismételték huszonkét és ötven kilométeres távolságokban is. Pan szerint a mostani tesz minden eddiginél megbízhatóbb módon mutatta be, hogy a kvantumhálózatokról szóló elképzelések igenis valóra válthatóak, még ha nem is az elkövetkező években fognak megérkezni. A kvantum-összefonódással lehetséges lesz kialakítani a jelismétlőket és váltókat, melyek jelenléte feltétlenül szükséges a hálózat megfelelő működéséhez.

(Forrás: Sciencemag, Fotó: Wikimedia Commons)